Jaapanis on uurijad, kes põrkasid kokku väga neutronirikkaid tuumasid prootonitega, täheldanud nelja neutroniga osakest, mida nimetatakse tetraneutroniks ja mis tekib väga lühiajaliselt "resonantsina". Tuvastamine tehti statistilise olulisusega, mis oli suurem kui 5σ, mis ületas osakeste füüsika avastamise läve. See annab lõpliku vastuse kauaaegsele küsimusele, kas laenguta tuumaaine võib eksisteerida või mitte, ning see motiveerib otsima eksootilisemaid ja potentsiaalselt pikema elueaga neutraalseid osakesi.
Vabad neutronid lagunevad nõrga interaktsiooni kaudu prootoniteks, elektronideks ja antineutriinodeks umbes 15 minutiga. Kuid neutronid seotud süsteemides teatud tingimustel ei lagune. Näiteks aatomituumades hoiab neutroneid stabiilsena tugev tuumajõud. Neutronitähed on stabiilsed ka tänu intensiivsele gravitatsioonile nende koostises olevatele neutronitele. Selle tulemusena on füüsikud aastakümneid mõelnud, kas ainult neutronitest koosnevad tuumataolised osakesed võivad eksisteerida, isegi kui põgusalt.
Lihtsaim selline osake oleks kahest neutronist koosnev dineutron, kuid arvutused näitavad, et see ei oleks seotud. Siiski on dineutronite moodustumisega seotud vaid väike potentsiaalne energiakasv. See on julgustanud füüsikuid otsima keerukamaid osakesi, nagu trineutron ja tetraneutron, eriti kuna 20. sajandi lõpus töötati välja tehnoloogia sihtmärkide pommitamiseks radioaktiivsete ioonkiirtega. 2002. aastal teatasid teadlased Prantsusmaalt ja mujalt tetraneutroni ilmsest tunnusest berüllium-14 kokkupõrgetes. Mitmed järgnevad teoreetilised analüüsid viitasid aga sellele, et seotud tetraneutronite kohandamiseks peaksid teadlased muutma füüsikaseadusi viisil, mis muudaks need vastuolus väljakujunenud katsetulemustega.
Purunenud vedrud
Arvutused jätsid siiski avatuks võimaluse, et võib eksisteerida metastabiilne "resonants" tetraneutroni olek. Sellised seisundid tekivad siis, kui osakese energia on suurem kui tema eraldatud koostisosadel, kuid atraktiivne tugev tuumajõud takistab hetkeks komponentide eraldumist. James Vary USA Iowa osariigi ülikooli ülikool pakub analoogiat: "Oletame, et mul on need neli neutronit ja igaüks neist on vedruga kinnitatud," selgitab ta; "Nelja osakese jaoks on vaja kokku kuut vedru. Kvantmehaaniliselt nad võnguvad kõikjal ja süsteemi salvestatud energia on tegelikult positiivne. Kui vedrud purunevad – mis võib juhtuda spontaanselt – lendavad nad laiali, vabastades neisse võnkudesse salvestatud energia.
2016. aastal teadlased RIKEN Nishina keskus Jaapanis ja mujal teatati esialgsetest tõenditest tetraneutronitaolise resonantsseisundi kohta heelium-8 – kõige neutronirikkama seotud isotoobi – kiire kokkupõrkes heelium-4 sihtmärgiga. Aeg-ajalt vahetas heelium-4 kaks piooni heelium-8-ga, et toota berüllium-8 ja muuta heelium-4 tetraneutroniks. Berüllium-8 tuum lagunes seejärel veel kaheks heelium-4 tuumaks, mis tuvastati ja mida kasutati tetraneutroni energia rekonstrueerimiseks. Need tulemused olid kooskõlas tetraneutroni tuletatud omadustega, kuid andmete maht ja täpsus olid väikesed. Stefanos Paschalis Ühendkuningriigi Yorki ülikoolist selgitab: "Selle signaali põhjal, mis oli neli loendust, jäi suur osa kogukonnast tetraneutroni resonantsseisundi olemasolu suhtes skeptiliseks."
Otsesem lähenemine
Uues uuringus võtsid Paschalis ja kolleegid otsesema lähenemisviisi, kasutades RIKEN Nishina keskuse Radioaktiivse ioonkiire tehas tulistada heelium-8 vedelaks vesinikuks, hajutades sellega aatomid prootonitelt. "Heelium-8-l on väga täpselt määratletud alfaosakeste (heelium-4) tuum ja seejärel neli teist neutronit, " selgitab Paschalis. "Oma prootoniga eemaldame äkki selle alfaosakese ja jätame seejärel neli neutronit samasse konfiguratsiooni."
Teadlased registreerisid sissetuleva heelium-8, hajutatud prootonite ja heelium-4 tuumade momendi 422 kokkulangevusega tuvastamisel ja joonistasid puuduva energia. Nad täheldasid täpselt määratletud piiki nullist veidi kõrgemal, mis näitab, et osake on sidumata umbes 2 MeV võrra. "Pole kahtlust, et see signaal on statistiliselt oluline ja me peaksime sellest aru saama, " ütleb Paschalis.
Tõendid tetraneutronite kohta kasvavad, kuna Saksamaal nähakse hüpoteetilisi klastreid
Vary, kes ei osalenud uurimistöös, kirjeldab tööd kui "väga märkimisväärset" kolmel põhjusel; "Sellel [vaatlusel] on väga hea statistika ja minu meelest on avastuse väide täiesti õige. Teine on see, et nad mõõdavad energiat hea täpsusega ja kolmas on see, et nad mõõdavad resonantsi laiust - mis annab teile eluea. Need on suurused, mida teooria saab arvutada ja proovida katsega võrrelda. Ta ütleb, et teadlased otsivad nüüd veelgi eksootilisemaid olekuid: "Aga kuus neutronit? Aga kaheksa neutronit? Kas need võivad moodustada resonantsseisundeid või võib-olla isegi pikema elueaga seotud olekuid, mis nõrga interaktsiooni kaudu lagunevad?
Paschalis ütleb, et teadlased kavatsevad seda uurida, samuti uurida üksikasjalikumalt juba leitud osakese struktuuri.
Uuringut kirjeldatakse artiklis loodus.
